Električna mjerenja neelektričnih veličina

Mjerenje raznih neelektričnih veličina (pomaci, sile, temperature itd.) električnim metodama provodi se uz pomoć uređaja i instrumenata koji neelektrične veličine pretvaraju u električne ovisne veličine, a koje se mjere električnim mjernim instrumentima s vage kalibrirane u jedinicama mjerenih neelektričnih veličina.

Pretvarači neelektričnih veličina u električne ili senzori podijeljeni na parametarske koji se temelje na promjeni bilo kojeg električnog ili magnetskog parametra (otpor, induktivitet, kapacitet, magnetska permeabilnost itd.) pod utjecajem mjerene veličine, te generator u kojem se izmjerena neelektrična veličina transformira se u e. itd. (indukcijski, termoelektrični, fotoelektrični, piezoelektrični i drugi). Parametarski pretvarači zahtijevaju vanjski izvor električne energije, a same generatorske jedinice su izvori energije.

Isti pretvornik može se koristiti za mjerenje različitih neelektričnih veličina, obrnuto, mjerenje bilo koje neelektrične veličine može se izvršiti korištenjem različitih vrsta pretvornika.

Osim pretvarača i električnih mjernih uređaja, instalacije za mjerenje neelektričnih veličina imaju međupriključke — stabilizatore, ispravljače, pojačala, mjerne mostove i dr.

Za mjerenje linearnih pomaka koriste se induktivni pretvarači — elektromagnetski uređaji u kojima se mijenjaju parametri električnog i magnetskog kruga pri pomicanju feromagnetskog magnetskog kruga ili armature spojene na pokretni dio.

Za pretvaranje značajnih pomaka u električnu vrijednost koristi se pretvarač s pomičnim feromagnetskim translatorno pokretnim magi-dirigentom (slika 1, a). Budući da položaj magnetskog kruga određuje induktivitet pretvarača (slika 1, b), a time i njegovu impedanciju, tada sa stabiliziranim naponom izvora električne energije s izmjeničnim naponom konstantne frekvencije napaja krug a pretvarač, prema struji moguće je procijeniti kretanje dijela mehanički spojenog na magnetski krug ... Ljestvica instrumenta je graduirana u odgovarajućim mjernim jedinicama, na primjer u milimetrima (mm).

Riža. 1. Induktivni pretvarač s pomičnim feromagnetskim magnetskim krugom: a — dijagram uređaja, b — graf ovisnosti induktiviteta pretvarača o položaju njegova magnetskog kruga.

Za pretvorbu malih pomaka u vrijednost pogodnu za električna mjerenja, pretvarači s promjenjivim zračnim rasporom koriste se u obliku potkove sa zavojnicom i armaturom (slika 2, a), koja je čvrsto povezana s pokretnim dijelom. Svako kretanje armature dovodi do promjene struje / u zavojnici (slika 2, b), što omogućuje kalibraciju ljestvice električnog mjernog uređaja u mjernim jedinicama, na primjer, u mikrometrima (μm), pri konstantnom izmjeničnom naponu sa stabilnom frekvencijom.

Riža. 2. Induktivni pretvarač s promjenjivim zračnim rasporom: a — dijagram uređaja, b — graf ovisnosti struje zavojnice pretvarača o zračnom rasporu u magnetskom sustavu.

Diferencijalni induktivni pretvarači s dva identična magnetska sustava i jednom zajedničkom armaturom, smješteni simetrično na dva magnetska kruga sa zračnim rasporom iste duljine (slika 3), u kojima linearno kretanje kotve iz srednjeg položaja mijenja oba zračna raspora. jednako, ali s različitim znakovima koji remete ravnotežu predbalansiranog AC mosta s četiri zavojnice. Time je moguće procijeniti kretanje armature prema struji mjerne dijagonale mosta, ako prima napajanje pri stabiliziranom izmjeničnom naponu konstantne frekvencije.

Riža. 3. Shema uređaja diferencijalnog induktivnog pretvarača.

Koristi se za mjerenje mehaničkih sila, naprezanja i elastičnih deformacija koje se javljaju u dijelovima i sklopovima različitih konstrukcija žičano-naponskih pretvarača, koji, deformirani, zajedno s proučavanim dijelovima mijenjaju svoj električni otpor.Tipično, otpor mjerača naprezanja iznosi nekoliko stotina ohma, a relativna promjena njegovog otpora je desetinka postotka i ovisi o deformaciji, koja je u granicama elastičnosti izravno proporcionalna primijenjenim silama i rezultirajućim mehaničkim naprezanjima.

Mjerači naprezanja izrađuju se u obliku visokootporne cik-cak žice (konstantan, nikrom, manganin) promjera 0,02-0,04 mm ili od posebno obrađene bakrene folije debljine 0,1-0,15 mm, koji se brtve s bakelitni lak između dva tanka sloja papira i podvrgnut toplinskoj obradi (slika 4, a).

Riža. 4. Tenometar: a — shema uređaja: 1 — deformabilni dio, 2 — tanki papir, 3 — žica, 4 — ljepilo, 5 — stezaljke, b — strujni krug za spajanje neuravnoteženog otporničkog mosta na krak.

Izrađeni mjerač naprezanja lijepi se na dobro očišćeni deformabilni dio vrlo tankim slojem izolacijskog ljepila tako da se smjer očekivane deformacije dijela poklapa sa smjerom dugih stranica žičanih petlji. Kada se tijelo deformira, istu deformaciju doživljava i zalijepljeni tenzometar, koji mijenja svoj električni otpor zbog promjene dimenzija osjetne žice, kao i strukture njenog materijala, što utječe na specifični otpor žice.

Budući da je relativna promjena otpora mjerača naprezanja izravno proporcionalna linearnoj deformaciji promatranog tijela i, prema tome, mehaničkim naprezanjima unutarnjih elastičnih sila, tada, koristeći očitanja galvanometra na mjernoj dijagonali preduravnoteženi otpornički most, čiji je jedan krak mjerač naprezanja, može procijeniti vrijednost izmjerenih mehaničkih veličina (slika 4, b).

Korištenje neuravnoteženog mosta otpornika zahtijeva stabilizaciju napona izvora napajanja ili upotrebu magnetoelektričnog omjera kao električnog mjernog uređaja, na čijim se očitanjima mijenja napon unutar ± 20% nazivnog napona naznačenog na ljestvici uređaja nema značajan učinak.

Koristite termoosjetljive i termoelektrične pretvornike za mjerenje temperature različitih medija ... Termoosjetljivi pretvornici uključuju metalne i poluvodičke termistore, čiji otpor uvelike ovisi o temperaturi (slika 5, a).

Najrasprostranjeniji su platinski termistori za mjerenje temperatura u rasponu od -260 do +1100 °C i bakreni termistori za temperaturno područje od -200 do +200 °C, kao i poluvodički termistori s negativnim koeficijentom električnog otpora — termistori. , karakteriziran visokom osjetljivošću i malim dimenzijama u usporedbi s metalnim termistorima, za mjerenje temperatura od -60 do +120 °C.

Da bi se temperaturno osjetljivi pretvornici zaštitili od oštećenja, oni su smješteni u čeličnu cijev tankih stijenki sa zatvorenim dnom i uređajem za spajanje žica na žice neuravnoteženog otporničkog mosta (slika 5, b), što omogućuje za procjenu izmjerene temperature duž struje mjerne dijagonale Ljestvica magnetoelektričnog omjera koja se koristi kao mjerač graduirana je u stupnjevima Celzija (°C).

Riža. 5. Termistori: a — grafikoni ovisnosti promjene relativnog otpora metala o temperaturi, b — strujni krug za spajanje termistora na krak neuravnoteženog otporničkog mosta.

Termoelektrični pretvarači temperature - termoparovi, generiranje malih e. itd. c. pod utjecajem zagrijavanja spoja dvaju različitih metala, stavljaju se u zaštitnu plastičnu, metalnu ili porculansku školjku u području izmjerenih temperatura (slika 6, a, b).

Riža. 6. Termoparovi: a — grafovi ovisnosti d itd. p. za temperaturu termoparova: TEP-platina-rodij-platina, TXA-kromel-alumel, THK-kromel-kopel, b-sklopna shema za mjerenje temperature pomoću termoelementa.

Slobodni krajevi termoelementa povezani su homogenim žicama s magnetoelektričnim milivoltmetrom, čija je skala graduirana u stupnjevima Celzijusa. Termoparovi koji se najviše koriste su: platina-rodij — platina za mjerenje temperatura do 1300 °C i kratkotrajno do 1600 °C, kromel-alumel za temperature koje odgovaraju navedenim režimima — 1000 °C i 1300 °C i chromel- kopile, dizajniran za dugotrajno mjerenje temperatura do 600 ° C i kratkotrajno - do 800 ° C.

Električne metode za mjerenje različitih neelektričnih veličina.Oni su naširoko korišteni u praksi, jer pružaju visoku točnost mjerenja, razlikuju se u širokom rasponu mjernih vrijednosti, omogućuju mjerenja i njihovu registraciju na znatnoj udaljenosti od lokacije kontroliranog objekta, a također daju mogućnost izvođenja mjerenja na teško dostupnim mjestima.